Analiza stateczności pokryw stokowych na przykładzie zbocza z okolic Siar k. Gorlic

Nr I/1/2014, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddział w Krakowie, s. 73–87 Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

ANALIZA STATECZNOŚCI POKRYW STOKOWYCH NA

PRZYKŁADZIE ZBOCZA Z OKOLIC SIAR K. GORLIC

Tymoteusz Zydroń, Mariusz Cholewa Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie

SLOPE STABILITY ANALYSIS OF SUPERFICIAL SLOPE

LAYERS – SIARY NEAR GORLICE AS AN EXAMPLE

Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań płytkich ruchów masowych powstałych w czerwcu 2010 r. w miejscowości Siary k. Gorlic. Przepro-wadzono badania terenowe mające na celu rozpoznanie warunków geolo-giczno-inżynierskich w sąsiedztwie osuwisk oraz badania laboratoryjne, które obejmowały oznaczenie podstawowych właściwości geotechnicz-nych gruntów (skład uziarnienia, granice konsystencji, parametry charak-teryzujące wytrzymałość na ścinanie). Zasadnicza część pracy obejmo-wała analiza wpływu procesu infiltracji na stateczność zboczy. Do analiz wykorzystano dwie metody opisu przepływu wody w strefie nienasyco-nej. Pierwszą z nich stanowił tłokowy model infiltracji zaproponowany przez Lumb’a, a drugą model Montrasio-Valentino. Wyniki badań oraz przeprowadzonych analiz wykazały, że głównym czynnikiem inicjującym powstanie analizowanych osuwisk był katastrofalny opad deszczu. któ-ry spowodował zawodnienie pokktó-rywy stokowej tworzonej przez utwoktó-ry pylaste. Istotnym czynnikiem biernym sprzyjającym powstaniu osuwisk stanowiła płytko zalegająca warstwa mało przepuszczalnego gruntu spo-istego. Zintegrowane obliczenia infiltracji i stateczności z zastosowaniem modelu opracowanego przez Montrasio i Valentino wykazały jego wraż-liwość na sposób doboru parametru K opisującego zdolność drenażową gruntów. Wykazano, że parametr ten można interpretować jako zmienną zależną od współczynnika filtracji. Wyniki obliczeń stateczności z wyko-rzystaniem modelu Montrasio-Valentino wykazały w analizowanym

przy-padku, że daje on bardziej niekorzystne wyniki obliczeń niż metoda opie-rająca się o obliczenia infiltracji z wykorzystaniem modelu tłokowego. Słowa kluczowe: osuwiska, stateczność zboczy, infiltracja

Summary

The paper presents results of shallow landslides research located in Siary near Gorlice in June of 2010. In the frame of investigations were done in-situ tests including evaluation of geologic – engineering condi-tion near the landslides and laboratory tests including determinacondi-tion of geotechnical properties of soils (grain-size distribution, Atterbergs’ limits, shear strength parameters). The main part of paper included analysis of infiltration process and its influence on stability of slope. There were used two methods describing water flow through unsaturated soil: piston model of Lumb and Montrasio-Valentino model. Tests and slope stability analysis results proved that main factor controlling failure of analyzed parts of slope were very intense rainfall, which caused saturation of superficial slope layer built of gravelly silt. The another factor which contributed to satu-ration were impermeable soil layer of cohesive soil. Integrated infiltsatu-ration and slope stability calculation results using Montrasio-Valentino model revealed its sensitivity on K parameter, which describes drainage capabil-ity of soil. It was indicated that K parameter can be interpreted as function of coefficient of permeability. Slope stability calculations made using Mon-trasio-Valentino model in analyzed case gave less values of stability factors than the ones based of infiltration calculations using piston flow model.

Key words: landslides, slope stability, infiltration

WPROWADZENIE

Jednym z istotnych procesów geodynamicznych powodujących prze-obrażenia rzeźby współczesnych dolin są ruchy masowe. Procesy te w naszym kraju są szczególnie rozpowszechnione w obszarze Karpat zewnętrznych, na-zywanych również Karpatami fliszowymi. Na obszarze tym występuje 95% wszystkich osuwisk zarejestrowanych w Polsce [Rączkowski i Poprawa 2003], a zasadniczymi czynnikami przyczyniającymi się do ich powstawania są m.in. duże deniwelacje terenu, skomplikowana budowa geologiczna i tektonika oraz duże sumy opadów. Woda opadowa infiltrując w grunt oraz podłoże skalne sta-nowią często ważny czynnik inicjujący ruchy masowe i dlatego też okresy ich

nasilenia w latach 1997, 2000-2002 [Poprawa i Rączkowski 2003] czy też 2010 r. związane były z występowaniem ponadprzeciętnych opadów. Obszarem cha-rakteryzującym się obecnością dużej ilości osuwisk są okolice Gorlic, gdzie zarejestrowanych jest wiele dużych i głębokich osuwisk strukturalnych m.in. Huciska, Zapadle [Chrzanowska 1980], Bystrzyca [Thiel 1989], Kawiory [Za-buski i in. 2009], Maślana Góra [Rączkowski i Za[Za-buski 2008], niemniej w oko-licach tych odnotowane są również przypadki występowania płytkich osuwisk wywołanych stosunkowo krótkimi i intensywnymi opadami [m.in. Zydroń i Ba-ran 2011, Zydroń i Demczuk 2013]. Przedmiotem pracy były analiza dwóch wybranych osuwisk powstałych w obrębie pokryw stokowych w miejscowości Siary koło Gorlic. Ze względu na czynnik inicjujący ich powstanie szczegółowej analizie poddano proces infiltracji i jego wpływ na stateczność analizowanych fragmentów zbocza. W tym celu wykorzystano dwa uproszczone modele opisu przepływu wody w strefie nienasyconej.

CHARAKTERYSTYKA TERENU BADAŃ

Analizowane osuwiska (rys. 1, współ. geogr. N 49o_{37’11, E 21}o_10’14) powstały w odległości ok. 20 m od siebie i stanowią jeden z wielu przykła-dów ruchów masowych, które powstały w dolinie potoku Siary w okresie 3-4.06.2010 r. w następstwie 12-godzinnego opadu (690 minut) o wysokości 107 mm. Pod względem geologicznym analizowany obszar znajduje się w brzeżnej części płaszczowiny magurskiej strefy Siar, gdzie podstawowe utwory stano-wią warstwy inoceramowe wieku późnokredowego-paleogeńskiego [Warchoł 2007] tworzące kompleksy naprzemianległych piaskowców i łupków ilastych. W sąsiedztwie warstw inoceramowych obecność swoją zaznaczają łupki pstre formacji z Łabowej.

Zbocze, na którym powstały analizowane osuwiska, jest pokryte roślin-nością trawiastą, a powyżej niego w rozstawie co kilkadziesiąt metrów zloka-lizowane są terasy związane z rolniczym użytkowaniem terenu. Przeciętne na-chylenie zbocza wynosi ok. 15-20o_{, natomiast u jego podnóża i jednocześnie} w miejscu powstania obu osuwisk, jest ono nieco większe. Ponadto u podnóża zbocza występuje teren podmokły, który w przeszłości wykorzystywany był jako wyrobisko materiałów ziemnych wykorzystywanych do uszczelniania szy-bów naftowych w okolicach Gorlic. W ramach wizji terenowej stwierdzono, że pod względem geotechnicznym zasadniczą warstwę pokrywy stokowej stanowią grunty pylaste ze żwirem, a w strefie odkłucia stwierdzono również punktową obecność gruntów bardzo spoistych.

Rysunek 1. Lokalizacja i widok ogólny analizowanych osuwisk Figure 1. Location and general view of the analyzed landslides

METODYKA I ZAKRES PRAC Badania terenowe i laboratoryjne

W ramach pracy przeprowadzono badania terenowe obejmujące rozpo-znanie warunków geologiczno-inżynierskich w sąsiedztwie osuwisk oraz ba-dania laboratoryjne, które obejmowały oznaczenie podstawowych właściwości geotechnicznych gruntów. Na podstawie badań polowych określono położenie zasadniczych warstw geotechnicznych oraz wykonano oznaczenia wodoprze-puszczalności gruntu powierzchniowej warstwy zbocza metodą infiltrometru dwupierścieniowego. Z kolei w ramach badań laboratoryjnych oznaczono skład granulometryczny, granice konsystencji gruntów oraz parametry charakteryzu-jące ich wytrzymałość na ścinanie oraz wodoprzepuszczalność. Oznaczenie pa-rametrów wytrzymałości na ścinanie określono metodą bezpośredniego ścinania zgodnie z PN-EN ISO 17892-10 oraz trójosiowego ściskania wg BS 1377: 1990. W przypadku iłów przeprowadzono również ścięcie próbek przy dużej prędkości (1,0 mm._min-1) celem określenia wytrzymałości na ścinanie w warunkach bez odpływu. Wyniki badań polowych i laboratoryjnych zostały wykorzystane do obliczeń infiltracji i stateczności.

Obliczenia infiltracji i stateczności

Dla określenia wpływu procesu infiltracji na stateczność zboczy zasto-sowano dwie uproszczone metody opisu przepływu wody w strefie nienasyco-nej. Pierwszą z nich stanowił tłokowy model infiltracji zaproponowany przez Lumb’a [1975], w którym głębokość położenia frontu zwilżenia obliczana jest z następującego wzoru:

(

θ −θ0

)

⋅ = i f t k z (1) gdzie: k – współczynnik filtracji gruntu, t – czas trwania opadu, θ0 – po-czątkowa wilgotność gruntu, θi – końcowa wilgotność gruntu.

Jak zauważają Lee i in. [2009] równanie powyższe jest odpowiednie w przypadku gdy intensywność opadu jest większa niż wodoprzepuszczalność gruntu. W sytuacji odwrotnej przybiera ono postać:

(

θ −θ0

)

⋅ = i f t J z (2) gdzie: J – intensywność opadu, t, θ0, θi – jak we wzorze (1).

Znajomość położenia frontu zwilżenia w dowolnym momencie trwania opadu można wykorzystać do określenia stateczności zboczy, przy czym

zależ-nie od przebiegu procesu infiltracji współczynnik stateczności można określać następującymi równaniami: gdy H > z > zf (3) gdy z ≤ z_f (4) gdy z > H (5)

gdzie: φ’ – kąt tarcia wewnętrznego, c’ – spójność, β – kąt nachylenia zbo-cza (lub/i płaszczyzny poślizgu), H – miąższość profilu gruntowego (lub głębo-kość położenia warstwy nieprzepuszczalnej/podłoża skalnego), γ – gęstość obję-tościowa gruntu, γ_sat – gęstość objętościowa gruntu przy pełnym jego nasyceniu, z – głębokość, ψ – wysokość ciśnienia ssania u frontu zwilżenia.

Równanie (3) opisuje zgodnie z propozycją Crosty [1998] stateczność zbo-cza w stanie nienasyconym. Z kolei wzór (4) opisuje stateczność zbozbo-cza dla gruntu znajdującego się w stanie nasyconym dla strefy znajdującej się powyżej frontu zwilżenia. Równanie (4) charakteryzuje krytyczne warunki stateczności typowe w jednorodnym przepuszczalnym ośrodku gruntowym opisane w pracy Lee i in. [2009]. Z kolei w równaniu (5) uwzględnia się, że po dotarciu frontu zwilżenia do stropu warstwy nieprzepuszczalnej zostaje zawodniony profil grun-towy oraz uruchomione zostają siły ciśnienia spływowego.

Drugą metodą opisu dystrybucji wody opadowej w profilu gruntowym za-stosowaną w niniejszej pracy stanowiła propozycja Montrasio i Valentino [2008] opisywana w literaturze jako model SLIDE [Liao i in. 2012], który z powo-dzeniem był stosowany do analiz przestrzennych stateczności w pracach Liao i in. [2012] oraz Zizioli i in. [2013]. Autorzy metody założyli, że trakcie opadu występuje pionowy przepływ wody siecią makroporów w głębsze strefy profilu gruntowego, gdzie następuje jej rozprzestrzenianie w innych kierunkach siecią mikroporów. W efekcie tego procesu następuje nasycanie gruntu, co w przypad-ku dłużej trwających opadów prowadzi do nasycania coraz większych partii pro-filu gruntowego prowadząc do nasycenia znacznych partii zbocza i utraty jego stateczności. W metodzie swej Montrasio i Valentino [2008] zmiany nasycenia profilu opisali następującym równaniem:

( )

₍

₎

₍

₎

r r n H S h t S n K t m − ⋅ ⋅ ⋅       ⋅ − ⋅ ⋅ =

∑

1 1 sin exp β ₍₆₎

gdzie: m(t) – stosunek wysokości nasyconej strefy w gruncie do jego miąż-szości w czasie t, n – porowatość gruntu, h – opad w czasie t, Sr – stopień wilgot-ności gruntu, K – zdolność drenażowa gruntu, ∆t –czas, H, β – jw.

Według sugestii autorów metody parametr K należy dobierać indywidual-nie. Natomiast analizując wielkości fizyczne parametrów równania wyjściowego modelu można domniemywać, że parametr ten można interpretować jako iloraz współczynnika filtracji gruntu przez długość zbocza bądź długość strefy oderwa-nia. Analiza danych przedstawionych w pracy Zizioli i in. [2013] wykazała, że wartości tego parametru uzyskano dzieląc współczynnik filtracji gruntów przez liczby z zakresu od 2-20.

Wielkość nasycenia profilu gruntowego profilu gruntowego w metodzie tej można więc przedstawić jako sumę składowych cząstkowych zmian nasycenia profilu w poszczególnych interwałach czasu.

Z kolei współczynnik stateczności Montrasio i Valentino [2008] opisali następującym wzorem: (7) gdzie:

(

)

r s⋅ 1−n +n⋅S =

ρ

Γ

₍₈₎

(

r

)

w

n

1

S

n

=

⋅

−

(9) w H 2 sin 2 γ β Ω ⋅ ⋅ = ₍₁₀₎

(

)

(

)

[

c' A S 1 S 1 m

]

s c ' c ' C r r

∆

α λ ψ = + ⋅ ⋅ − ⋅ − ⋅ + = ₍₁₁₎

gdzie: c_ψ – spójność pozorna gruntu, ∆s – długość jednostkowa paska, A, λ, α – parametry dopasowania modelu (wg autorów dla piasków A = 40, λ = 0,4, a wartość α można przyjmować jako równą 3,4),, m – stopień zawodnienia profilu gruntowego, φ’ c’ – jw.

Równanie (7) stanowi funkcję zależną od zmian nasycenia profilu grun-towego, który w dowolnym momencie trwania opadu określano z równania (6).

Tabela 1. Charakterystyka geotechniczna badanych gruntów Table 1. Geotechnical parameters of tested soils

Parametr / Parameter 1 warstwa / _{1 layer} 2 warstwa / _{2 layer} Zawartość frakcji / Fraction content

– żwirowa / gravel (63-2 mm) 4,4-30,2

– piaskowa / sand (2-0,063 mm) 24,9-40,2 1,8-20,4

– pyłowa / silt (0,063-0,002 mm) 34,9-53,5 46,1-63,1

– iłowa / clay (<0,002 mm) 8,0-11,9 26,4-35,1

Nazwa gruntu wg PN-EN ISO 14688-2 /

Soil type acc. to PN-EN ISO 14688-2 sagrSi/saclSi siCl Gęstość objętościowa / Bulk density, g._cm-3 1,84-1,89 1,95-2,06

Wilgotność naturalna / Natural moisture content, % 20,9-21,5 18,3-23,3

Porowatość / Porosity [-] 0,416 0,385

Granica plastyczności / Plastic limit, % 17,3-18,1 22,7

Granica płynności / Liquid limit, % 27,0-30,6 51,3

Wskaźnik plastyczności / index, % 9,1-13,3 28,6

Współczynnik filtracji / Coefficient of permeability, m._s-1 1,3-5,0.₁₀-5 * 5.₁₀-11 **

Parametry wytrzymałości na ścinanie: 1. Metoda bezpośredniego ścinanie

– kąt tarcia wewnętrznego / angle of internal friction, o _{36,2 15,5}

– spójność / cohesion, kPa 1,7 23,5

2. Metoda trójosiowego ściskania

– kąt tarcia wewnętrznego / angle of internal friction, o _34,6

– spójność / cohesion, kPa 14,5

-Objaśnienie/ Explaination: * – pomiary terenowe / in-situ tests, ** – pomiary laboratoryjne / laboratory tests

WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA

Na podstawie badań terenowych stwierdzono, że w obrębie analizowa-nych osuwisk wyróżnić można dwie zasadnicze warstwy geotechniczne (rys. 2). Pierwszą z nich tworzą pyły ze żwirem i piaskiem oraz pyły ilasto-piaszczyste. Utwory te występują do głębokości 1,1 m ppt. w pobliżu ścian osuwisk oraz w części zbocza położonej powyżej nich, natomiast mają one mniejszą miąż-szość w dolnej części strefy odkłucia. Polowe badania wodoprzepuszczalno-ści wykazały, że wodoprzepuszczalność tej warstwy jest stosunkowo wysoka

i wynosi 10-5 _m._s-1. Wyniki badań wytrzymałości w aparacie bezpośredniego ści-nania wykazały, że utwory te charakteryzowały się niską spójnością oraz wyso-kim kątem tarcia wewnętrznego. Z kolei wyniki badań trójosiowych dały bardzo podobną wartość kąta tarcia wewnętrznego, natomiast otrzymana wartość spój-ności była znacznie większa niż otrzymano z badań bezpośredniego ścinania. Utwory te charakteryzowały się niedużą zawartością frakcji ilastej oraz niewiel-ką plastycznością, co powoduje, że są one wrażliwe na zmiany wilgotności, a ze względu na niską plastyczność są podatne na płytkie ruchy masowe wywołane intensywnymi opadami. Poniżej tej warstwy zlokalizowano warstwę iłów, któ-rych miąższość wahała się od 0,05 do 0,15 m. Utwory te charakteryzowały się obecnością pojedynczych okruchów skalnych. Badania wytrzymałości na ścina-nie przy prędkości ścinania 0,05 mm._min-1 wykazały, że grunt ten charakteryzuje się wysoką spójnością i niskim kątem tarcia wewnętrznego. Z kolei ścinanie przy prędkości ścinania 1,0 mm._min-1 dało wartości kąta tarcia wewnętrznego i spójność odpowiednio 2,7o _{i 18 kPa. Ze względu na niewielką grubość tej} war-stwy nie było możliwe przeprowadzenie polowych pomiarów wodoprzepusz-czalności, natomiast pomiary laboratoryjne wykazały, że warstwa ta jest prak-tycznie nieprzepuszczalna. Podobną budowę geologiczną charakteryzują się zbocza w innej części doliny potoku Siary [Zydroń i Demczuk 2013]. Z kolei poniżej warstwy iłów stwierdzono obecność utwory pylastych. Charakterystykę geotechniczną powierzchniowej warstwy zbocza oraz zalegającej poniżej niej warstwy iłów zestawiono w tabeli 1.

W dalszej części pracy wykonano obliczenia infiltracji przyjmując za-łożenie, że warstwa iłu stanowi barierą dla infiltracji wody opadowej, a klu-czowe dla stateczności są zmiany stopnia nasycenia gruntu w obrębie warstwy utworów pylastych.

Obliczenia infiltracji modelem Lumb’a przeprowadzono przyjmując, że miąższość warstwy pyłu wynosi 1,1 m, a wyniki obliczeń położenia fron-tu zwilżenia przedstawiono jako iloraz położenia fronfron-tu zwilżenia i miąż-szość warstwy pyłów. Wyniki badań obliczeń wykazały (rys. 3), że w każdym z przyjętych wariantów początkowego uwilgotnienia zbocza w trakcie trwania analizowanego opadu istniały warunki sprzyjające pełnemu nasyceniu profilu gruntowego w obrębie powstałych osuwisk, przy czym zauważalne jest, że im większy jest początkowy stopień uwilgotnienia gruntu tym szybciej następuje zawodnienie zbocza.

Kolejne obliczenia infiltracji przeprowadzono wykorzystując model Mon-trasio-Valentino opisany wzorem (6) zakładając, że początkowy stopień wilgot-ności gruntu 0,78. Z braku możliwości jednoznacznej możliwości określania wielkości parametru K przyjęto do obliczeń cztery jego wartości stanowiące iloraz, w którym dzielną był współczynnik filtracji, a dzielnik stanowiły dowol-nie wybrane liczby. Otrzymane wyniki obliczeń (rys. 4) wykazały, że wpływ

wielkości parametru K na rezultaty analiz staje się pomijalny w przypadkach gdy parametr ten przyjmuje się dzieląc wartość współczynnika filtracji przez liczbę większą bądź równą 7. W celach porównawczych na rysunku 4 zestawiono rów-nież wyniki obliczeń infiltracji otrzymane modelem Lumb’a, przy czym przed-stawione wielkości wyrażają iloraz położenia zasięgu frontu zwilżenia wzglę-dem miąższości przepuszczalnej warstwy gruntu. Wyniki porównań rezultatów otrzymanych za pomocą obu modeli wskazują, że w pewnych przypadkach – przy K ≤ k/7 – – model Montrasio – Valentino daje podobne wyniki jak model Lumb’a. Należy jednak mieć na uwadze, że modele te zupełnie inaczej opisują przebieg procesu infiltracji. W modelu Montrasio-Valentino wzrost zawodnienia profilu oznacza wzrost poziomu tymczasowego zwierciadła wody gruntowej, natomiast w modelu Lumb’a wzrost stopnia zawodnienia informuje o zmianie położenia frontu zwilżenia względem miąższości warstwy przepuszczalnej.

Rysunek 2. Profile podłużne analizowanych osuwisk Figure 2. Longitudinal section along analyzed landslides

Rysunek 3. Zależność zmian stopnia nasycenia profilu gruntowego modelem Lumb’a w zależności od czasu trwania opadu oraz początkowej wartości

stopnia wilgotności gruntu

Figure 3. Results of changes of degree of saturation of soil profile using Lumb’s model in relation to rainfall duration and initial degree of soil saturation

Wyniki obliczeń infiltracji wykorzystano do określenia stanu równowa-gi analizowanych fragmentów zbocza . W obliczeniach założono, że głębokość płaszczyzny poślizgu wynosi 1,1 m i odpowiada ona maksymalnej głębokości płaszczyzny poślizgu analizowanych osuwisk. W analizie nachylenie płaszczy-zny poślizgu przyjęto jako równe minimalnemu nachyleniu górnej części strefy oderwania, które zawierało się w zakresie od 29 do 34o_{. Do analizy przyjęto} ponadto, że w momencie rozpoczęcia opadu początkowy stopień uwilgotnienia wynosi 0,78. Obliczenia stateczności wykonano w dwojaki sposób. W pierw-szym przypadku oparto się na wynikach obliczeń infiltracji otrzymanych na pod-stawie modelu Lumb’a, gdzie do obliczeń współczynnika stateczności wyko-rzystano wzory (3−5). Z kolei w drugiej metodzie – model Montrasio-Valentino – wykorzystano równanie (10) analizując dodatkowo pośredni wpływ wartości parametru K na wyniki obliczeń współczynnika stateczności. Wyniki obliczeń stateczności (rys. 5) przeprowadzonych w oparciu o tłokowy model infiltracji Lumb’a wykazały bardzo niewielkie zmiany wartości współczynnika statecz-ności w początkowej oraz środkowej fazie trwania opadu. Dopiero w

momen-cie dotarcia frontu zwilżenia do stropu warstwy nieprzepuszczalnej dochodzi do uruchomienia działania sił ciśnienia spływowego, w efekcie czego następuje zmniejszenie wartości współczynnika stateczności poniżej granicznego stanu równowagi (FS=1,0). Z wyniki obliczeń stateczności uzyskane z wykorzysta-niem metody Montrasio-Valentino wykazały widoczną wrażliwość tej metody na dobór parametru K, co można szczególnie wyraźne zauważyć w środkowej części trwania opadu. Porównując wyniki obliczeń otrzymanych z pomocą obu modeli można stwierdzić, że bardziej niekorzystny przebieg zmian wartości współczynników stateczności uzyskano stosując model Montrasio-Valentino, gdzie graniczny stan równowagi uzyskano przy niepełnym zawodnienia profilu gruntowego. Z kolei w przypadku modelu tłokowego dla uzyskania granicznego stanu równowagi niezbędne było dotarcie frontu do warstwy nieprzepuszczal-nej, co było równoznaczne zawodnieniu całego profilu gruntowego. Otrzyma-ne różnice obliczeń stateczności są pochodną założeń obu metod opisanych we wcześniejszej części pracy. Model Montrasio-Valentino wydaje się być cieka-wym narzędziem obliczeniocieka-wym dla powierzchniowych warstw zboczy, gdzie sieci makroporów występują powszechnie będąc efektem obecności w gruncie organizmów żywych.

Rysunek 4. Zależność zmian stopnia nasycenia profilu gruntowego metodą Lumb’a oraz Montrasio-Valentino w zależności od czasu trwania opadu

oraz początkowej wartości stopnia wilgotności gruntu

Figure 4. Results of changes of degree of saturation of soil profile using Lumb’s and Montrasio-Valentino model in relation to rainfall duration and initial

Rysunek 5. Wpływ metody obliczeniowej na wyniki obliczeń stateczności Figure 5. Influence of calculation method on results of slope stability calculations

PODSUMOWANIE

Wyniki badań oraz przeprowadzonych analiz wykazały, że głównym czyn-nikiem inicjującym powstanie analizowanych osuwisk w Siarach k. Gorlic był katastrofalny opad deszczu. który spowodował zawodnienie pokrywy stoko-wej tworzonej przez utwory pylaste. Utwory te charakteryzowały się niewielką spoistością, średnią przepuszczalnością oraz niewielką spójnością, co sprzyja powstawaniu w ich obrębie płytkich ruchów masowych. Istotnym czynnikiem biernym sprzyjającym powstaniu osuwisk stanowiła płytko zalegająca war-stwa mało przepuszczalnego iłu pylastego, który stanowił barierę dla infiltru-jącej wody powodując powstanie zawieszonego zwierciadła wody gruntowej i wzbudzenie działania sił ciśnienia spływowego w wyżej leżącej warstwie gruntów pylastych.

Zintegrowane obliczenia infiltracji i stateczności potwierdziły związek przyczynowo-skutkowo zainicjowania analizowanych ruchów masowych. Ana-liza wyników obliczeń z zastosowaniem modelu opracowanego przez Montrasio i Valentino wykazały stosunkowo wyraźną jego wrażliwość na sposób doboru parametru K opisującego zdolność drenażową gruntów. Wykazano, że parametr ten można interpretować jako zmienną zależną od współczynnika filtracji, przy czym kilkukrotne pomniejszenie wartości tego parametru daje ilościowo wyni-ki zbliżone do obliczeń otrzymywanych z wykorzystaniem tłokowego modelu

Lumb’a. Wyniki obliczeń stateczności z wykorzystaniem modelu Montrasio-Va-lentino wykazały w analizowanym przypadku, że daje on bardziej niekorzystne wyniki obliczeń niż metoda opierająca się o obliczenia infiltracji z wykorzysta-niem modelu tłokowego.

LITERATURA

BS 1377: 1990. British Standard Methods of test for Soils for civil engineering purposes.

Part 8. Shear strength tests (effective stress). British Standards Institution.

Chrzanowska E. (1980). Osuwisko “Zapadle” w Szymbarku. Analiza wyników

badań geofizycznych i geologiczno-inżynierskich. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej.

Crosta G. (1998). Regionalization of rainfall thresholds: an aid to landslide hazard

evaluation. Environmental Geology 35 (2–3), 131-145.

Hydrology handbook. Second Edition. (1996). American Society of Civil Engineers,

ASCE manuals and reports on engineering practice, 28, 784.

Lee L.M., Gofar N., Rahardjo H. (2009). A simple model for preliminary evaluation of

rainfall-induced slope instability. Engineering Geology, 108, 272–285.

Liao Z., Hong Y., Kirschbaum D., Liu C. (2012). Assesment of shallow landslides from

Hurricane Mitch in central America using a physically based model. Environmental

and Earth Sciences, 66, 1697-1705.

Lumb, P. (1975). Slope Failures in Hong Kong. Quarterly Journal of Engineering Geology, 31–65.

Montrasio L., Valentino R. (2008). A model for triggering mechanism of shallow

landslides. Natural Hazards and Earth System Sciences, 8, 1149-1159.

PN-EN ISO 14688-2 . Badania geotechniczne. Oznaczanie i klasyfikacja gruntów. Część

2: Zasady klasyfikowania. PKN, W-wa, 2006.

PN-EN ISO 17892-10. Badanie w aparacie bezpośredniego ścinania. PKN, W-wa, 2004. Poprawa D., Rączkowski W. (2003). Osuwiska Karpat. Przegląd Geologiczny,

51, 685-692.

Rączkowski W., Zabuski L. (2008). Numeryczne modelowanie deformacji stoku

osuwiskowego – Maślana Góra w Szymbarku koło Gorlic. Kwartalnik AGH

Geologia, 34,4, 733-742.

Thiel K. (red). 1989. Kształtowanie fliszowych stoków karpackich przez ruchy masowe

na przykładzie badań na stoku Bystrzyca w Szymbarku. Wydawnictwo IBW

PAN, Gdańsk.

Zabuski L., Wójcik A., Gil E., Mrozek T., Rączkowski W. (2009). Landslide processes

in a flysch massif – case study of the Kawiory landslide, Beskid Niski Mts. (Carpathians, Poland). Geological Quarterly, 53, 3, 317-332.

Warchoł M. (2007). Architektura depozycyjna warstw magurskich w strefie Siar na

południe od Gorlic (płaszczowina magurska, polskie Karpaty zewnętrzne).

Zizioli D., Meisina C., Valentino R., Montrasio L. (2013). Comparison between different

approaches to modeling shallow landslide susceptibility: case history in Oltrepo Pavese, Northern Italy. Natural Hazards and Earth System Sciences, 13, 559-573.

Zydroń T., Baran P. (2011). Analiza uwarunkowań stateczności wybranego zbocza

w Beskidzie Niskim. Inżynieria Morska i Geotechnika, 256-264.

Zydroń T., Demczuk P. (2013). Analiza ruchów masowych wywołanych ulewnym opadem

na przykładzie osuwisk w Owczarach k. Gorlic. Acta Scientiarum Polonorum,

Formatio Circumiectus, 4, (w druku).

Dr inż. Tymoteusz Zydroń, dr inż. Mariusz Cholewa Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Al. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków e:mail: t.zydron@ur.krakow.pl, m.cholewa@ur.krakow.pl